任軍輝

(陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，710043，西安//教授級(jí)高級(jí)工程師)

城市軌道交通的系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模與速度目標(biāo)值是決定項(xiàng)目運(yùn)輸能力和時(shí)效服務(wù)性的重要指標(biāo)參數(shù)[1-2]。其中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模與車輛車型、車輛定員指標(biāo)、列車編組方案、系統(tǒng)運(yùn)輸能力等因素相關(guān)；速度目標(biāo)值與工程投資優(yōu)化、車輛購置比選、運(yùn)營效果相關(guān)。本文以合肥市東西向快速運(yùn)輸走廊地鐵6號(hào)線為例，闡述其系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模和速度目標(biāo)值的選擇因素、過程及結(jié)論。

1 合肥地鐵6號(hào)線概況

根據(jù)《合肥市城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃(2018—2023)》，6號(hào)線西起小廟，東至肥東瑤崗路，連接西部小廟地區(qū)、中心城區(qū)與肥東縣，串聯(lián)小廟、高新區(qū)、老城中心、瑤海區(qū)、肥東南部新市鎮(zhèn)，銜接六安市域線與巢湖市域線，為城市東西向快速客運(yùn)走廊。為避免高新區(qū)局部線路過于密集，化解4號(hào)線支線運(yùn)營可能出現(xiàn)的遠(yuǎn)景年能力不足的風(fēng)險(xiǎn)，6號(hào)線拆分原4號(hào)線望江西路段。4號(hào)線、6號(hào)線拆分方案及銜接關(guān)系示意圖如圖1所示。6號(hào)線一期線路西起雞鳴山路站，東至東風(fēng)大道站，全長36.3 km，設(shè)站21座，平均站間距1 720 m。

a) 拆分方案示意

b) 銜接關(guān)系示意

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模及運(yùn)輸能力

2.1 車輛選型分析

在城市軌道交通系統(tǒng)中，車輛是直接為乘客服務(wù)的核心設(shè)備。車輛類型的選擇直接影響建設(shè)規(guī)模和工程投資。

根據(jù)《合肥地鐵6號(hào)線客流預(yù)測報(bào)告》，6號(hào)線設(shè)計(jì)年度客流預(yù)測結(jié)果見表1。

本線預(yù)測遠(yuǎn)期高峰小時(shí)最大斷面客流量為3.05萬人次/h，屬于大運(yùn)量等級(jí)，從滿足運(yùn)輸需求的角度分析，適應(yīng)的車型有B、C型車和Lb型車。B型車輛為4軸車型，應(yīng)用廣泛，目前國內(nèi)采用B型車的有沈陽、長春、大連、天津、北京、廣州、武漢、西安、成都、重慶等城市。根據(jù)《合肥市城市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃(2018—2023年)》的批復(fù)，合肥地鐵1～5號(hào)線工程全部采用國家標(biāo)準(zhǔn)的地鐵B型車系統(tǒng)。

表1 合肥地鐵6號(hào)線客流預(yù)測匯總表

經(jīng)綜合分析，從資源共享、車輛運(yùn)用情況、合肥市建設(shè)規(guī)劃資源共享及匹配4號(hào)線車輛類型等方面統(tǒng)籌考慮，6號(hào)線車輛選型推薦采用B型車。

2.2 列車編組方案

列車編組輛數(shù)與高峰小時(shí)最大斷面客流量、車輛載客標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)。列車編組輛數(shù)將直接關(guān)系到系統(tǒng)輸送能力和服務(wù)水平，并影響車站規(guī)模，故應(yīng)綜合考慮多方面因素研究確定[3]。

2.2.1 車輛定員標(biāo)準(zhǔn)確定

車輛定員是列車編組、運(yùn)輸能力和車底配置的計(jì)算依據(jù)。車輛定員與車廂面積、座位數(shù)、車廂內(nèi)可站立面積等因素均有密切的關(guān)系。

GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》實(shí)施之后，大部分城市趨向于采用5人/m2的站立標(biāo)準(zhǔn)，部分軌道交通線網(wǎng)規(guī)模較大的城市頒布了地方城市軌道交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。如：北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11-995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]1.0.10條中規(guī)定“車廂內(nèi)有效空余地板面站立乘客標(biāo)準(zhǔn)宜按4.5～5.0人/設(shè)計(jì)”；廣州市地方標(biāo)準(zhǔn)《廣州市軌道交通新線工程設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》1.0.8 條中規(guī)定“車廂空余面積定員數(shù)宜按每平方米站立4～5名乘客計(jì)算”；上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《上海市軌道交通工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》4.1.5條中規(guī)定“一般市區(qū)線路最大站立密度不宜高于5人/m2”；重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)《重慶市地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》1.1.16條中規(guī)定“車廂內(nèi)有效空余地板面積站立人數(shù)宜按每平方米5名乘客計(jì)算”。

合肥地鐵6號(hào)線為中心城快線，客流舒適度要求高，經(jīng)綜合分析，推薦6號(hào)線采用5人/m2設(shè)計(jì)。

2.2.2 列車編組方案研究

根據(jù)高峰小時(shí)單向最大斷面客流量，合肥地鐵6號(hào)線各設(shè)計(jì)年度采用不同編組方案的相關(guān)指標(biāo)見表2。

表2 合肥地鐵6號(hào)線列車編組方案

初期：6號(hào)線高峰小時(shí)預(yù)測客流量較小，采用4輛、5輛和6輛編組均能滿足客流需要。4輛和5輛編組方案相對6輛編組方案都有乘客等待時(shí)間短、服務(wù)水平高、線路滿載率高等優(yōu)點(diǎn)。

近期：滿足設(shè)計(jì)能力需求的編組有5輛和6輛兩種。前者高峰小時(shí)列車開行對數(shù)為26對，后者高峰小時(shí)列車開行對數(shù)為22對，均可滿足運(yùn)營需要。

[lsw1-Eth-Trunk1]port trunk allow-pass vlan all“設(shè)置允許通過的vlan流量”

遠(yuǎn)期：遠(yuǎn)期采用6輛編組可滿足預(yù)測客流需要。系統(tǒng)運(yùn)能按28對/h計(jì)算為3.52萬人/h，運(yùn)能余量為13.4%。故推薦遠(yuǎn)期列車編組方案采用6輛。

初、近期采用5輛編組方案，遠(yuǎn)期采用6輛編組。該方案初期購車數(shù)少，初、近期高峰小時(shí)開行列車對數(shù)較多，行車間隔小，乘客等待時(shí)間短，服務(wù)水平及列車滿載率均較高，但遠(yuǎn)期需考慮能否合理處置5輛編組列車，以避免資源浪費(fèi)。

初、近、遠(yuǎn)期均采用6輛編組方案。該方案列車適應(yīng)性較強(qiáng)，服務(wù)水平較高，列車無需擴(kuò)編，運(yùn)營、管理及檢修均方便，車輛段及停車場規(guī)模容易控制。根據(jù)《合肥市城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃(2018—2023)》，設(shè)計(jì)年度合肥地鐵其他各線車輛選型及列車編組見表3。

表3 設(shè)計(jì)年度合肥地鐵各線車輛選型及列車編組方案

從客流需求、服務(wù)水平、運(yùn)營管理、資源共享等方面綜合考慮，合肥地鐵6號(hào)線初、近、遠(yuǎn)期列車均推薦采用6輛編組方案。

2.3 6號(hào)線輸送能力分析

線路輸送能力以預(yù)測的各年度高峰小時(shí)單向最大斷面客流量、列車編組數(shù)、車輛定員及行車最小間隔時(shí)間為依據(jù)，根據(jù)推薦的6輛編組方案進(jìn)行測算，6號(hào)線各設(shè)計(jì)年度輸送能力見表4。

表4 合肥地鐵6號(hào)線設(shè)計(jì)年度輸送能力

從表4看出，6號(hào)線設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力均大于預(yù)測的高峰小時(shí)斷面客流量，而且有一定運(yùn)能富余，可以應(yīng)對突發(fā)客流對本線的影響。

2.4 小結(jié)

根據(jù)合肥地鐵6號(hào)線預(yù)測的最高斷面客流量，6號(hào)線采用B型車6輛編組，遠(yuǎn)期高峰小時(shí)開行列車28對可以滿足預(yù)測客流量需求，且有一定的富余量。考慮客流預(yù)測的不確定性，為應(yīng)對客流不確定性風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)能力的適應(yīng)性，以及增加運(yùn)營的靈活性和提高運(yùn)行圖調(diào)整余量，6號(hào)線最大行車規(guī)模按30對/h控制，最小行車間隔按120 s控制。

3 速度目標(biāo)值

目前，我國地鐵的最高運(yùn)營速度大多為80～120 km/h[5]，合肥地鐵6號(hào)線的速度目標(biāo)值研究了80 km/h及100 km/h、120 km/h三個(gè)方案。

3.1 工程投資比較

(2) 對車輛段及綜合維修基地的影響分析。根據(jù)6號(hào)線車輛基地的功能定位分析，全線設(shè)置1段2場。定修由科學(xué)城車輛段承擔(dān)，大架修由線網(wǎng)中3號(hào)線的磨店車輛基地承擔(dān)。全線車輛配屬及檢修列位計(jì)算結(jié)果見表5及表6。可見，三種速度方案下，全線檢修工作量相同，不同速度目標(biāo)值對全線車輛檢修沒有影響。

表5 6號(hào)線配屬車輛數(shù)量

表6 6號(hào)線檢修列位計(jì)算 列位

(3) 對車輛基地的影響分析。列車運(yùn)營速度為80 km/h及100 km/h時(shí)車體差別甚微，120 km/h時(shí)車體需增加檢修工裝。不同的速度目標(biāo)值，運(yùn)用車的數(shù)量有所不同，使得運(yùn)用庫的停車列檢列位不同[7]。根據(jù)計(jì)算，遠(yuǎn)期80 km/h的車需70列位，100 km/h的車需67列位，120 km/h的車需65列位，對總投資影響不大。

(4) 對建筑限界的影響分析。80 km/h速度目標(biāo)值時(shí)可采用現(xiàn)有地鐵設(shè)計(jì)限界標(biāo)準(zhǔn)；100 km/h速度目標(biāo)值時(shí)車輛限界有較小變化，建筑限界維持地鐵設(shè)計(jì)限界標(biāo)準(zhǔn)；120 km/h速度目標(biāo)值時(shí)則需根據(jù)乘客的舒適度標(biāo)準(zhǔn)、車輛密封性指標(biāo)、區(qū)間隧道斷面阻塞比、空氣動(dòng)力學(xué)要求等校核隧道斷面凈空面積，并需增加斷面尺寸。

綜上分析，工程投資方面，100 km/h速度目標(biāo)值方案和80 km/h方案相差不大，100 km/h較80 km/h工程投資增加約3%；120 km/h速度目標(biāo)值方案較100 km/h方案工程投資增加較多，約增加15%。

3.2 運(yùn)營效果影響分析

6號(hào)線運(yùn)營長度50.1 km，一期工程雞鳴山路站至東風(fēng)大道站運(yùn)營長度34.4 km。經(jīng)列車牽引模擬計(jì)算，采用4M2T(4動(dòng)2拖)不同速度目標(biāo)值方案時(shí)的旅行時(shí)間見表7。

表7 6號(hào)線不同速度目標(biāo)值時(shí)的運(yùn)營時(shí)間比較

由表7可見：100 km/h方案較80 km/h方案運(yùn)行時(shí)間約省3.5 min；120 km/h方案較100 km/h方案運(yùn)行時(shí)間約省2.0 min。120 km/h方案較100 km/h方案運(yùn)行時(shí)間節(jié)省有限，效果不明顯。

速度目標(biāo)值越高，列車牽引能耗越大，但旅行速度越高[8]。經(jīng)列車牽引模擬計(jì)算，6號(hào)線采用B型車4M2T編組時(shí)，不同速度目標(biāo)值方案各項(xiàng)運(yùn)營技術(shù)指標(biāo)見表8。

表8 6號(hào)線運(yùn)營技術(shù)指標(biāo)分析

由表8可見：100 km/h速度方案較80 km/h速度方案全線單向能耗增加184.9 kW·h(即14.9%)，旅行時(shí)間節(jié)省3.5 min；120 km/h速度方案較100 km/h速度方案能耗增加227.4 kW·h(即15.5%)，旅行時(shí)間節(jié)省2.0 min。

3.3 車輛購置影響分析

針對不同速度目標(biāo)值測算運(yùn)用車數(shù)、車輛保有量及車輛購置費(fèi)并進(jìn)行比較，見表9。

由表9可見，近期的100 km/h方案較80 km/h方案減少車輛運(yùn)用3列，較120 km/h方案增加車輛運(yùn)用1列，車輛購置費(fèi)則相應(yīng)增加6 600萬元和減少13 800萬元。總體來說，100 km/h速度目標(biāo)方案車輛購置費(fèi)適中。

表9 6號(hào)線在不同速度目標(biāo)值時(shí)的車輛運(yùn)用數(shù)及購置費(fèi)比較

3.4 小結(jié)

合肥地鐵6號(hào)線運(yùn)營里程與平均站間距離相對較長，從工程投資、車輛購置、運(yùn)營效果等方面綜合分析，6號(hào)線速度目標(biāo)值推薦采用100 km/h。

4 結(jié)語

合肥地鐵6號(hào)線串聯(lián)西部小廟地區(qū)、中心城區(qū)與肥東縣，銜接六安市域線與巢湖市域線，是合肥市東西向快速客運(yùn)線。本文通過對車輛選型、列車編組方案、運(yùn)輸能力等因素的分析，明確合肥地鐵6號(hào)線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模；從工程投資、車輛購置、運(yùn)營效果等方面分析，明確合肥地鐵6號(hào)線的速度目標(biāo)值。其可為城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模的確定和速度目標(biāo)值的選擇提供參考。